Analisis Probabilistik Siklus Kelelahan Rendah Pada Housing Turbin Gas Menggunakan Software Ansys

Suatu negara pasti ingin memilki unit pembangkit, yang efisien, andal, tersedia, fleksibel, dan hemat biaya. Persaingan dengan energi terbarukan mengharuskan pembangkit listrik konvensional meningkatkan efektivitas biaya turbin mereka. Secara teknis, ini mengarah pada besarnya faktor keamanan dan masa pakai, petunjuk pemeliharaan, menambah interval pemeriksaan, atau sekadar mencari solusi teknis baru. Optimalisasi desain dan siklus pemeliharaan akan berlanjut ke arah batas kinerja produk. Faktor keamanan biasanya diterapkan pada sifat bahan (misalnya, hamburan sifat, distribusi dalam ruang, hamburan dalam kurva kelelahan), kondisi batas (misalnya, pemuatan, parameter lingkungan, parameter operasional) dan variasi geometris (misalnya, toleransi manufaktur). Interaksi parameter ini hanya dapat dipertimbangkan dengan pendekatan probabilistik.

Alur kerja analisis dimulai dengan memperoleh pengetahuan tentang penyimpangan geometri nyata sehubungan dengan geometri CAD setelah produksi. Pengukuran akurat permukaan sebenarnya dapat dilakukan melalui pemindaian laser. Pemindaian beberapa desain digunakan untuk membuat model statistik untuk variasi geometris. Selanjutnya, model tersebut mampu menghasilkan geometri acak virtual baru. Hal ini berfungsi sebagai input dalam analisis CAE.

Alur Kerja

Pengukuran

Teknologi pemindaian/scanning saat ini menciptakan volume data yang besar (lebih dari 1 GB data untuk menyimpan triangulasi dari satu pemindaian 180 °). Beberapa posisi pemindai diperlukan karena ukuran objek. Sistem fotogrametri GOM Tripod dalam kombinasi dengan Pemindai GOM ATOS Triple digunakan untuk mendukung pengukuran.

Kemungkinan waktu untuk memindai turbin terbatas antara produksi dan persiapan pengiriman. Oleh karena itu, untuk beberapa housing turbin hanya sebagian dari permukaan yang dapat dipindai. Karena bentuk geometri yang kompleks, juga beberapa bagian tidak dapat diakses oleh perangkat pemindaian. Dengan demikian, triangulasi harus diedit setelahnya, yaitu, memperbaiki mesh, menghilangkan fitur, mengisi lubang, menghilangkan outlier, mengurangi jumlah segitiga. Waktu pengiriman yang lama juga menyebabkan hanya beberapa housing turbin dapat diukur dalam waktu proyek yang dapat diterima. Karena itu, sejumlah kecil sampel biasanya tersedia. Dengan mengambil simetri dari geometri, jumlah sampel yang lebih besar dapat diperoleh secara virtual.

Model Statistik Toleransi Geometris

Geometri virtual acak baru dibuat dalam analisis kekokohan. Menggunakan Ansys optiSLang, variabel statistik (mis. tipe distribusi, nilai rata-rata, standar deviasi, korelasi) biasanya ditugaskan ke satu set kecil parameter. Perangkat lunak menggunakan informasi ini untuk memvariasikan parameter input sesuai dengan skema yang telah ditentukan. Variabel statistik harus diperoleh dari analisis pemindaian laser. Dalam proyek ini, model lapangan acak (“model bentuk statistik”) dipilih untuk mewakili variasi geometris. Di sini, sifat statistik dihubungkan ke setiap titik pada batas housing. Ini sangat berbeda dari pendekatan yang mencoba menemukan deskripsi statistik parameter CAD. Model bidang acak memungkinkan akurasi yang lebih besar dalam distribusi spasial pola variasi, karena terikat pada node FEM dan bukan hanya beberapa parameter. Parameterisasi dapat diperoleh secara otomatis dengan analisis pengukuran.

Model Numerik

Model numerik dapat dirancang di Ansys Workbench. Di sini, setengah model termal analitik diimplementasikan untuk aliran gas yang akan digabungkan dengan model termo-mekanik transien untuk prediksi distribusi spasial dari suhu dan tegangan. Selanjutnya, analisis kelelahan siklus rendah dilakukan dengan perangkat lunak internal SIEMENS GT. Model 3D FEM terdiri dari perbautan kontak dan transien termal yang menentukan kondisi pembebanan yang bergantung pada waktu.

Model numerik dibuat menggunakan model geometri CAD. Jika ada mesh FEM tersedia, model bentuk statistik dapat dibangun. Perubahan geometris tidak diterapkan pada model CAD, tetapi pada koordinat FEM node. SoS tidak mengubah atau menyambungkan kembali mesh FEM, melainkan “berubah” menjadi Node FEM ke posisi yang diinginkan.

Sebelum model Ansys Workbench dievaluasi oleh optiSLang, SoS mempersiapkan Makro APDL di folder model Ansys Workbench untuk menginstruksikan Ansys Mechanical mengubah geometri. SoS selanjutnya menggunakan stabilisasi lanjutan dan algoritma pemulusan, yang memastikan stabilitas dan komputabilitas dari mengubah mesh FEM. Sebelum melakukan analisis kekokohan, uji coba solver rantai dilakukan dengan menggunakan geometri nilai rata-rata.

Analisis Ketangguhan dan Hasil

Tujuan dari analisis kekokohan adalah untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut:

• Apakah ada perbedaan dalam distribusi tegangan atau faktor daya tahan antara geometri “real” dan geometri referensi?
• Apakah ada pengaruh yang signifikan terhadap faktor tegangan dan daya tahan jika hamburan geometris dianggap? Seberapa besar pengaruhnya?

Pertanyaan pertama dapat dijawab dengan mentransfer setiap pengukuran ke dalam model CAE atau, sederhananya, dengan menghitung geometri rata-rata. Pertanyaan kedua memerlukan analisis toleransi stokastik. Di sini, Desain Eksperimen dibuat dan dievaluasi secara virtual. Ini melibatkan variasi parameter bidang acak sesuai dengan distribusi statistiknya. SoS menyederhanakan pilihan dengan mengasumsikan variabel standar-normal yang tidak berkorelasi.

Hasil analisis CAE (suhu, tegangan, faktor daya tahan, dll.) dapat baik dianalisis dalam optiSLang (misalnya dengan nilai maksimumnya) atau dalam SoS. Untuk ini, file Ansys RST dievaluasi ulang oleh SoS. Analisis statistik sekarang dapat menjadi dilakukan untuk jumlah hasil. Tegangan dapat dibandingkan, untuk misalnya, dengan batas kritis untuk tingkat keamanan yang berbeda (probabilitas melebihi). Selanjutnya, lokasi kemungkinan tegangan kritis dapat dengan mudah diidentifikasi.

Probabilitas kegagalan tidak dianalisis dalam proyek ini, karena akurasi model statistik tidak cukup karena jumlah pengukuran yang sedikit. Selanjutnya, analisis sensitivitas dapat dilakukan dengan Field Metamodel of Optimal Prognosis (FMOP). FMOP mengaitkan sensitivitas tekanan atau suhu ke setiap node FEM untuk parameter input masing-masing. Di dalam analisis, setiap parameter input mewakili pola variasi tertentu. Ini menunjukkan bentuk variasi geometris mana yang relevan untuk suhu atau tegangan pada titik kritis lokasi. Hasilnya lebih lanjut membenarkan kriteria kualitas untuk toleransi geometrik di produksi ke bentuk variasi masing-masing.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA STUDI KASUS SIMULASI MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

https://www.ansys.com/content/dam/product/platform/optislang/ansys-siemens.pdf (diakses pada tanggal 7 Maret 2022)

Author: admin